橡胶密封件的失效分析.docx

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1、橡胶密封件的失效分析橡胶密封件广泛地应用於各行各业。密封件一旦失效，轻则使设备不能正常工作、造成经济损失；重则会造成人身伤亡事故，如1986年1月28日，由於挑战者号航天飞机右侧固体火箭助推器的O型密封圈失效，造成其在升空73秒後解体，机上7名宇航员全部遇难。橡胶密封件的失效分析不仅可以帮助找出问题所在，便於以後采取相应的预防措施，还可帮助客户和密封件生产商改进现有技术，取得双赢。四大失效原因常见的失效原因主要有4种：设计错误、选材错误、密封件质量问题和使用不当。1.设计错误设计错误通常是由於设计人员对产品认识不足造成的。比如对密封件承受的压力估计不足、对密封面上接触应力分

2、布的认识有误、安放密封件的沟槽设计不合理等。有限元分析（FEA）常常被用来辅助密封件的设计和失效分析。我们曾为某美国客户做过一个密封件，该密封件以塑料为主体，局部包上橡胶。客户在检测零件的过程中发现，塑料部分在测试时容易破裂，从而得出结论是：塑料件在二次成型时（即将橡胶包覆在塑料件上）被损坏了。经我们分析後发现，塑料件都是在一个地方破裂的。通过有限元分析，我们发现，塑料件的破损部位实际上是密封件受到最大应力的地方，此处应力已经远远超过塑料所能承受的。如果在设计的时候客户就用有限元方法分析过该产品，不但可以避免类似的错误，还可以节省其时间和金钱。当然，想要成功的分析预测橡胶密

3、封件的性能，不但要有合适的有限元分析软件，还要有丰富的材料经验、建模经验和长期的数据积累。2.选材错误常用的橡胶密封材料有三元乙丙橡胶（EPDM）、丁腈橡胶（NBR）、硅橡胶（VMQ）、氟橡胶（FKM或者FPM）和氯丁橡胶（CR）等。这些橡胶的特性各不相同，应用也不同。选择材料要从多方面考虑，比如使用温度、材料是否耐受介质、材料的硬度、压缩永久变形和耐磨性等各种因素。选材错误常常是因为设计人员对各种材料的性能不熟悉。一个经验丰富的橡胶密封件供应商能一开始就指出选材的问题。我们有个国内客户不喜欢正在使用的O圈，因为这个O圈很容易坏。我们检查了更换下来的样品，发现样品表面有龟裂

4、，纹路很像臭氧老化。我们又询问了O圈的使用环境，发现周围有很多机械设备和电动马达。这下答案就有了：电动马达的火花能产生臭氧，造成了局部小环境臭氧浓度较高；而客户所选材料为丁腈橡胶，不耐受臭氧。为了验证结论，我们在实验室臭氧老化箱中做了测试，结果客户提供的新O圈表面也出现了类似的裂纹。由於该密封件只与空气长期接触，没有矿物油等其他物质，我们最终推荐了三元乙丙橡胶来代替客户的现有产品。有时使用环境比较复杂，或者是一个全新的设计，选择材料就不是件非常容易的事了。除了仔细甄别各种影响因素外，还需要进行功能测试。3.密封件质量密封件的生产质量与最终产品的可靠性密切相关。常见的问题有：

5、原材料质量不稳定、橡胶混炼时投错原料、原料或者混炼胶储存不当（交叉污染）、胶料混炼不均匀、硫化条件（温度、时间、压力等）不妥、密封件产品保存不当、模具使用不当等。这些问题往往涉及到生产过程中的质量控制。定货方在选择密封件生产厂时，应该经过多次考察、调研并进行产品测试。在供货的过程中，还可要求密封件的生产企业提供真实、准确的检验报告。4.密封件使用不当一个好密封件，如果使用不当，也会造成整个产品失效，比如润滑油使用错误。我们的某个客户反馈说O圈零件的尺寸与要求差异很大。当我们分析样品时才发现，客户用错了润滑油。该O圈是由三元乙丙橡胶制成，材料本身不耐矿物油类的润滑油。客户涂上

6、这种润滑油，会造成产品体积溶胀。後来让客户改用硅油就没有问题了。另外一类常见的问题为安装错误。比如在O圈装配过程中产生了扭曲；由於安装不当而造成密封件受压不均匀；密封件的润滑不够等失误。如果这些失误是由密封件的生产厂家造成的，那么这属於生产质量所控制的范围之内。如果由定货方或者第三方造成，那么就属於使用不当了。合理的设计是确保密封件有效使用的重要因素之一。（图为明尼苏达生产的伞形止回阀密封件。）当今科技日新月异，巿场上出现了很多新的密封件材料和工程设计，以满足各种苛刻的使用要求。同时，大多数密封件的制造商也采用了科学的质量管理体系。遗憾的是，这些努力都不能杜绝密封件失效。因

7、而，失效分析就显得更为重要了。橡胶密封件失效分析橡胶密封件失效分析不但要求技术人员具有全面的材料知识，还必须具有丰富的工程经验，并且要善於使用一些分析仪器和设备，因此复杂的失效分析往往需要一个团队来完成。当客户的产品发生密封故障时，他们首先想到的原因往往是橡胶密封件，他们最常提出的问题是：供应商是否换过材料？其实，从上文中可以看出，材料更换只是可能的影响因素之一。所以，当碰到密封故障时，应该从以下四个方面出发，全面掌握资料，根据数据而不是凭猜想作结论。1.选择合适的机构来进行密封件失效分析现实中，客户常常首选该橡胶